等效原理
爱因斯坦的起点——他所谓的“最快乐的想法”——即等效原理：处于自由落体状态的人，无法区分自己是在引力场中下落，还是在真空中漂浮。局部来看，引力和加速度是等同的。基于这一简单观察，他耗时8年发展出了弯曲时空的数学体系。
什么是弯曲时空？
在牛顿物理学中，空间是平坦且三维的，时间是独立且绝对的。而在广义相对论中，时空统一为四维，大质量物体会使这一结构发生弯曲。地球使周围的时空弯曲；月球沿着这一弯曲时空中的路径运动，这就是我们所说的轨道。不存在引力这种力，只有弯曲的几何结构。
爱因斯坦场方程
爱因斯坦场方程（Gμν + Λgμν = 8πG/c⁴ Tμν）将时空曲率（左侧）与能量和物质的分布（右侧）联系起来。约翰·惠勒曾精辟地总结道：“时空告诉物质如何运动；物质告诉时空如何弯曲。”该方程包含10个耦合的非线性偏微分方程，是物理学中数学难度最高的方程之一。
理论验证
1919年爱丁顿的日食观测证实了星光会如广义相对论预言的那样在太阳周围弯曲。水星的近日点进动（牛顿力学无法解释）被广义相对论完美说明。GPS卫星必须修正广义相对论的时空膨胀效应——若无修正，GPS每天会产生约10公里的误差。引力波（于1916年预言）在2015年首次被LIGO探测到。广义相对论预言的黑洞，在2019年由事件视界望远镜直接拍摄到图像。
常见问题
用通俗语言解释什么是广义相对论？
广义相对论是爱因斯坦提出的理论，认为引力不是一种力，而是由质量和能量引起的时空弯曲。大质量物体使时空结构弯曲；其他物体随弯曲路径运动，我们将其感受为引力。试想一个放在橡胶膜上的保龄球，它会导致附近的弹珠向其滚动。
广义相对论是如何得到证实的？
广义相对论已通过以下方式得到证实：爱丁顿在1919年日食期间对星光弯曲的观测；GPS卫星对时间膨胀的修正（若无修正，GPS误差将达约10公里/天）；LIGO对引力波的探测（2015年）；以及事件视界望远镜的黑洞成像（2019年）。它是物理学史上经受最精确检验的理论。
狭义相对论和广义相对论有什么区别？
狭义相对论（1905年）适用于匀速运动（无加速度）的观察者，处理时间膨胀、长度收缩和E=mc²。广义相对论（1915年）将其扩展至引力和加速度，将引力描述为时空弯曲。在没有引力的局部情况下，广义相对论可以简化为狭义相对论。